(57)【要約】本発明の複合材料の製造方法は、一方向の連続乾燥繊維から形成された初期乾燥プリフォーム（１０１）を製造する初期乾燥プリフォーム製造工程と、不織フィラメントを、乾燥プリフォームの第１の主面（１１１）に適用するフィラメント適用工程と、複数のニードル（５１）を含むニードリング装置（５）によって前記フィラメントをニードリングするニードリング工程と、複合材料部品のマトリックスを構成する含浸ポリマーで、乾燥プリフォームを含浸させる含浸工程と、を含み、前記ニードルは少なくとも１つのノッチを備え、前記フィラメントが前記ニードルによって駆動し、前記乾燥プリフォームの前記連続繊維と実質的に垂直である方向に配置される。
2019529196.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方向の連続乾燥繊維から形成される初期乾燥プリフォーム（１０１）を製造する初期乾燥プリフォーム製造工程と、
複合材料部品のマトリックスを構成する含浸ポリマーで、前記乾燥プリフォームを含浸させる含浸工程と、を含み、
不織フィラメント（４０）を、前記乾燥プリフォームの第１の主面（１１１）に適用するフィラメント適用工程と、
複数のニードル（５１、１５１）を含むニードリング装置（５、２０５、３０５）によって前記フィラメントをニードリングするニードリング工程と、をさらに含み、
前記ニードルはそれぞれ、少なくとも１つのノッチ（５１ｂ、１５１ｂ）を備え、
前記フィラメントが前記ニードルによって駆動し、前記乾燥プリフォームの前記連続繊維と実質的に垂直である方向に配置される、複合材料部品の製造方法。
【請求項２】
前記不織フィラメント（４０）は、少なくとも１つの第２のポリマーから形成され、
前記含浸工程が前記第２のポリマーの融点より低い温度で実施される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記ニードリング工程中のニードリング密度が１０〜３５０パンチ／ｃｍ２である、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記プリフォームに適用される前記フィラメント（４０）の長さが１０〜１００ｍｍである、請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
前記ニードルによって移動した前記フィラメント（４０）が、１〜１０ｍｍの長さを超えて、前記プリフォームの第２の主面（１１２）を越えるように、前記ニードリングが実施される、請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
前記ニードリングが分岐ニードルによって実施される、請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
前記フィラメント適用工程（４０）が、前記フィラメントから形成される不織フェルト（４）の適用を含む、請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
前記フェルトの表面質量が５〜１００ｇ／ｍ２である、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記含浸工程が、射出成形型（７）に配置される前記乾燥プリフォームを射出する射出工程からなる、請求項１〜８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１０】
複数の積み重ねられた層を含む初期乾燥プリフォーム（１０１）の製造を含み、
前記層は、バインダを備える一方向の連続乾燥繊維から形成され、
前記バインダが第３のポリマーを含む、請求項１〜９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１１】
前記乾燥プリフォームの製造が、塗布ローラ（３２）を用いた、一方向の連続繊維のレイアップツール（２）への接触適用による積層の製造を含み、
各層は、レイアップツールまたは先の層のバンドの方向への１つ以上のバンドの適用によって製造され、
各バンドが１つ以上の繊維から形成される、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記ニードリング工程後に得られる強化乾燥プリフォームを熱成形して三次元プリフォームを得る熱成形工程を含む、請求項１〜１１のいずれか１項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、一方向の連続繊維とポリマーマトリックスとを含む、ポリマーマトリックス複合材料とも呼ばれる有機マトリックス複合材料で作製された部品を製造する方法に関する。
【０００２】
ポリマーマトリックス複合材料部品を製造する公知の方法として、初期乾燥プリフォームを製造する工程と、乾燥プリフォームに含浸ポリマーを含浸させて、例えば、射出および／または注入によって、複合材料部品を形成する工程であって、含浸ポリマーが複合材料部品のポリマーマトリックスを構成する工程と、を含む方法が知られている。
【０００３】
乾燥プリフォームは、従来、一方向の連続乾燥繊維を織ることによって形成された布地から、またはニードリングすることによって一緒に保持された連続した一方向繊維の積み重ねられた層を含む多軸布地またはＮＣＦ（ノンクリンプ織物）布地から、手作業で作製される。これらのプリフォームは、高い製造コストを有し、そのようなプレハブ布から部品を製造するまでの廃棄率は重要である。
【０００４】
操作を自動化し、廃棄率を抑制するために、一方向の連続繊維の自動積層によって乾燥プリフォームを製造することが提案されており、得られるプリフォームは、一方向の連続繊維のいくつかの積み重ねられた層を含む。例えば、繊維はローラの手段によって、繊維配置工程によって、接触塗布に適用することができ、各層は、各々が多数の炭素糸またはフィラメントからなる炭素繊維のような、１つ以上の扁平繊維、リボンタイプで形成される１つ以上の接合されたバンドの型上に重ねることによって形成される。乾燥プリフォームは、プリフォームの粘着性を維持するために、一般的に５％未満の少量のバインダを含む。しかし、複数の層を積層することによって得られるこのタイプのプリフォームは、特に高圧および高温でのＲＴＭ（レジントランスファ成形）射出による含浸の場合に、迅速かつ満足のいく含浸が可能となる浸透性および繊維間の粘着性が不十分であり得る。
【０００５】
本発明の目的は、前述の欠点の少なくとも１つを克服する複合材料部品の製造方法を提供することである。
【０００６】
この目的のために、本発明の方法は、ポリマーマトリックス複合材料部品の製造方法であって、各々が一方向の連続乾燥繊維から形成される複数の積み重ねられた層を好ましくは含む、一方向の連続乾燥繊維から形成される初期乾燥プリフォームを製造する初期乾燥プリフォーム製造工程と、例えば射出および／または注入によって乾燥プリフォームを、複合材料部品のマトリックスを構成する第１の含浸ポリマーで含浸して、複合材料から形成される部品を成形する含浸工程と、を含み、当該含浸工程は、不織繊維またはフィラメントを乾燥プリフォームの第１の主面に適用する工程をさらに含み、本発明の方法は、複数のニードルを含むニードリング装置によって前記フィラメントをニードリングするニードリング工程をさらに含み、ニードルはそれぞれ、少なくとも１つのノッチを備え、フィラメントがニードルによって駆動し、乾燥プリフォームの連続繊維と実質的に垂直である方向に配置され、ニードリング工程後に得られる強化乾燥プリフォームを前記含浸工程に供する。
【０００７】
ニードリング装置の駆動システムによってニードルは前後に駆動し、好ましくは一方の側から他方の側へニードルはプリフォームを横切る。プリフォームの方向へのニードルの移動中、これらのフィラメントの少なくとも一部は、ニードルのノッチ内に配置され、プリフォームを通してニードルによって駆動される。Ｚ方向、すなわちプリフォームの厚さに配置されたこれらのニードリングされたフィラメント（needled filament）は、乾燥プリフォームを安定化させ、次の含浸工程での乾燥プリフォームの粘着性を増加させ、したがって、特に含浸ポリマーの射出の場合に、含浸中のプリフォームの層間剥離を回避することを可能にする。さらに、Ｚ内に配置されたニードルおよびニードリングされたフィラメントによって形成された穴は、乾燥プリフォームのＺにおける、すなわち、プリフォームの厚さにおける浸透性を増加させる。
【０００８】
したがって、含浸は促進され、乾燥領域がなくおよびプリフォームの劣化がなく、高速で実施することができる。含浸工程の終了時に、複合材料部品は、好ましくは少なくとも３０重量％の含浸ポリマー、および／または好ましくは少なくとも３５体積％の含浸ポリマーを含み、含浸ポリマーは、複合材料部品のマトリックスを構成する。
【０００９】
好ましくは、本発明の複合材料部品は、少なくとも４０体積％、好ましくは少なくとも５０体積％、より好ましくは少なくとも５５体積％の一方向の連続繊維を含む。
【００１０】
ニードリング中、ニードルのノッチはフィラメントによって充填され、一方向繊維はニードルによって駆動または損傷されないか、またはほんのわずかしか受けない。主要な配向を有する連続繊維を有するプリフォームの場合、ニードルはそれらのノッチがプリフォームの連続繊維を運ぶことができないように配置され、ノッチは繊維の主要な配向の９０°に配置されることが好ましい。
【００１１】
好ましくは繊維配置によって適用される一方向の連続繊維は、例えば、カーボン繊維、ガラス繊維、アラミド繊維、ポリエチレン繊維等の合成繊維、および／または亜麻繊維等の天然繊維である。
【００１２】
本発明による方法は、特に自動車または航空分野において、複合材料部品の製造に有利に使用することができる。
【００１３】
一実施形態によれば、適用工程中に適用される不織フィラメントは少なくとも１つの第２のポリマーから形成され、前記含浸工程は、前記第２のポリマーの融点より低い温度、好ましくは前記第２のポリマーのガラス転移温度より高い温度で実施され、その結果、フィラメントは、含浸工程中のプリフォームの繊維を良好に保持し、特に層間剥離に対するその機械的耐性を確実にする。
【００１４】
ニードリング密度は、具体的に、所望の浸透性および安定性、ならびに使用されるニードルの種類に従って定義される。一実施形態によれば、ニードリング工程中のニードリング密度は、１０〜３５０パンチ／ｃｍ２である。分岐ニードル（forked needle）を備えたニードリング装置の場合、ニードリング密度は、好ましくは１５０〜３５０パンチ／ｃｍ２であり、より好ましくは２００〜３００パンチ／ｃｍ２である。髭針を備えるニードリング装置の場合、ニードルはそれぞれ複数のノッチを含み、ニードリング密度は、好ましくは１０〜１００パンチ／ｃｍ２であり、より好ましくは４０〜６０パンチ／ｃｍ２である。
【００１５】
ニードルの作業部分は、好ましくは０．３０〜０．６０ｍｍ、好ましくは０．４０〜０．５０ｍｍの直径を有する（ゲージ３８〜４２）。
【００１６】
ノッチの幅および／または深さ、好ましくはノッチの幅および深さは、０．０３〜０．１ｍｍ、好ましくは０．０４〜０．０６ｍｍである。
【００１７】
フィラメントの長さは、好ましくはニードリングされたフィラメントがプリフォームを通過するように、乾燥プリフォームの厚さによって規定される。さらに、ニードリングされたフィラメントは、好ましくはプリフォームの第１の面上で絡み合ったままであり、したがって、プリフォームのより良好な安定性を確実にするのに十分な長さであるべきである。
【００１８】
一実施形態によれば、プリフォーム上に適用されるフィラメントの長さは、１０〜１００ｍｍ、好ましくは４０〜６０ｍｍである。また、フィラメントの直径は、５〜５０μｍ、好ましくは１０〜３５μｍである。
【００１９】
一実施形態によれば、フィラメントが適用された第１の主面とは反対側のプリフォームの第２の主面から、長さ１〜１０ｍｍ、好ましくは２〜６ｍｍにわたって、ニードルによって移動したフィラメントが突出するようにニードリングは実施される。これらのいくつかのフィラメントは、プリフォームの第２の面から突出するループを形成してもよい。
【００２０】
別の実施形態によれば、特に厚みがあるプリフォームの場合、本発明の方法は、乾燥プリフォームの第２の主面に不織フィラメントを適用する工程と、前記第２の主面に存在する前記フィラメントをニードリングする工程とを含む。好ましくは、前記第２の主面上に存在するフィラメントのニードリングと、前記第１の主面上に存在するフィラメントのニードリングとは同時に行われる。
【００２１】
一実施形態によれば、ニードリングは、好ましくは１〜１０ｍｍ、好ましくは２〜６ｍｍのニードル貫通深さを有する分岐ニードルによって実行される。分岐ニードルの使用によって、プリフォームの繊維を劣化させることなく、フィラメントの効率的なニードリングを可能にする。
【００２２】
一実施形態によれば、前記フィラメント適用工程は、前記フィラメントから形成される不織ベールまたはフェルトの適用を含む。使用されるフェルトは、等方性であってもよく、ランダムに配向されたフィラメントを有するものであってもよく、または好ましい配向を有するフィラメントを有する、配向されたフェルトであってもよい。配向フェルトの場合、ニードル、より詳細にはそのノッチは、ニードルによるフィラメントの巻き取り速度を最適化するように、フィラメントの配向に従って配置される。主要な配向を有する連続繊維を有するプリフォームでは、配向されたフェルトは、有利にはフィラメントがプリフォームの主要な配向の連続繊維とゼロでない角度、例えば、９０°の角度を形成するように、プリフォームに適用される。
【００２３】
一実施形態によれば、フェルトは５〜１００ｇ／ｍ２の表面質量（surface mass）を有し、および／またはフィラメントを備えるプリフォームは、フィラメントの１〜１０重量％、好ましくはフィラメントの２〜５重量％を含む。
【００２４】
フェルトのフィラメントの一部は、プリフォームによって移動し、第１の主面上に存在する移動しないフィラメントは、フェルトを剥離することによって除去してもよいし、除去しなくてもよい。
【００２５】
一実施形態によれば、フェルトの残りは、含浸工程のためにプリフォーム上に保持され、フェルトの不織布構造はプリフォームの浸透性を増加させ、したがって、注入および／または注入を促進することを可能にし、フェルトは特に注入の場合に、排出効果を与える。フェルトは、プリフォームの衝撃強度をさらに高め、および／またはプリフォームの表面外観を改善することができる。
【００２６】
含浸工程は、例えば、湿式含浸処理、減圧注入処理、ＬＣＭ処理、ＲＴＭ、ＨＰ−ＲＴＭ、Ｇａｐ−ＲＴＭまたはＶＡＲＴＭ処理に従って実施することができる。一実施形態によれば、含浸工程は、射出成形金型内に配置された乾燥プリフォームを射出する工程からなり、射出は、少なくとも１０ｂａｒ、例えば、５０ｂａｒのオーダーの加圧で実施される。
【００２７】
好ましくは、この方法は、不織プリフォームを製造することを含む。一実施形態によれば、本方法は、積層を含み、前記層がバインダを備えた一方向の連続乾燥繊維から形成され、前記バインダが第３のポリマーを含み、前記含浸工程がガラス転移温度より高い温度で、好ましくはバインダを形成する第３のポリマーの融点未満の温度で実施されることが好ましい、初期乾燥プリフォームの製造を含む。乾燥プリフォームは、バインダを備えた乾燥繊維の適用、および／またはバインダを含まない乾燥繊維の適用、ならびにバインダの適用、例えば液状バインダの噴霧および／または粉末の形態のバインダの噴霧による適用、および／または予め置かれた乾燥繊維によって得られる。乾燥プリフォームは、１０重量％未満のバインダ、好ましくは５重量％未満のバインダを含む。
【００２８】
第２および第３のポリマーは、同一であっても異なっていてもよい。また、第２および第３のポリマーは、同じファミリーであってもよい。
【００２９】
一実施形態によれば、バインダを形成する第３のポリマーおよび／またはフィラメントを形成する第２のポリマーは、好ましくはポリアミド、特に芳香族ポリアミド、ポリエチレンテレフタレート等のポリエステル、ポリエーテルスルホン、ポリエーテルエーテルケトン、フェニレンポリスルフィド、ポリウレタン、エポキシド、ポリオレフィン、ポリ乳酸、ポリアクリル、およびそれらの混合物からなる群から選択される熱可塑性ポリマーである。熱硬化性ポリマーの場合、第３の熱硬化性ポリマーおよび／または第２の熱硬化性ポリマーは、例えば、エポキシド、ポリエステル、ビニルエステル、フェノール、ポリイミド、ビスマレイミド、およびそれらの混合物からなる群から選択される。他の実施形態によれば、プリフォームに適用されるフィラメントは、ガラス、炭素、または金属のフィラメントである。
【００３０】
一実施形態によれば、乾燥プリフォームは、それ自体公知の繊維配置方法によって得られる。一実施形態によれば、乾燥プリフォームの製造は、積層の製造、塗布ローラの手段による、レイアップツール上への一方向の連続繊維の接触適用を含み、各層はレイアップツール上または前の層のバンド上に一方向に１つ以上のバンドを適用することによって製造され、各バンドは１つ以上の繊維から形成される。
【００３１】
繊維の配置は、それ自体公知の繊維配置ヘッドによって自動化されるのが有利である。このヘッドは、ツールに当接して１つ以上の連続扁平繊維で形成された帯を適用するように意図された圧縮ローラと、前記ローラ上に１つ以上の繊維をガイドするためのガイド装置とを備え、このガイド装置は、様々な軌道に沿った積層面に対する適用ヘッドの相対運動によって行われる。プリフォームは、例えば、２〜１００の積み重ねられた層を含む。
【００３２】
前記一方向の連続繊維は、好ましくは多数のフィラメントを含む、通常トウと呼ばれる一方向の偏平連続繊維の形態である。例えば、繊維の幅は、１／８インチ、１／４インチまたは１／２インチ（１／８インチ、１／４インチまたは１／２インチ）である。本明細書で使用するとき、用語「繊維」は１／２インチより大きい幅の繊維も指し、配置技術において従来、テープと呼ばれている。
【００３３】
あるいは、繊維が軌道の開始時および終了時にのみ、例えば、機械的にまたは接着によって、型に固定することができ、ローラは軌道の開始時および終了時に、場合によっては軌道の残りの部分の表面から離れて当接していることが好ましい。
【００３４】
別の実施形態によれば、本発明のニードリングは、多軸布ＮＣＦの製造中に行われるニードリング作業の代替として使用され、乾燥プリフォームはバインダを含まず、いくつかの積み重ねられた層を含む。プリフォームの第１の主面に適用されるフィラメントのニードリングは、例えば、繊維が周囲を通過するピンシステムにより、プリフォームの層の繊維を機械的に保持することによって生成される。
【００３５】
一実施形態によれば、本方法は、ニードリング工程後に得られる強化乾燥プリフォームを、好ましくはプレスの雄型ツールと雌型ツールとの間で熱成形して三次元プリフォームを得る工程を含む。熱成形は、第２のポリマーの融点よりも低い熱成形温度、好ましくは第２のポリマーのガラス転移温度よりも高い熱成形温度で実施される。熱成形後に得られる三次元プリフォームは、含浸工程に供される。あるいは、成形ツール上へのプリフォーム配置後に、成形はバキュームカバーによって行われる。
【００３６】
ニードリングがない場合、成形中のプリフォームの変形は、繊維ごとに行われる。成形操作前の本発明のプリフォームのニードリング操作によって、ニードリングされたフィラメントのスライドに起因した、プリフォームの均一な変形を可能にする。
【００３７】
さらに、プリフォームの各主面上に存在するフェルトのフィラメントは、プリフォームが接着することなくプレス内で摺動することを可能にする。外側フィラメントは、プリフォームの局所的変形を制限または排除することによってプリフォームの外側表面を安定化し、したがって、プリフォームの繊維の均一な変形を確実にする。したがって、本発明による方法は、成形ツールとプリフォームとの間の摺動機構を促進し、したがって、以前の成形プロセスにおけるプリフォームと成形ツールとの間の摩擦から生じるプリフォームの外層の繊維欠陥を制限するか、または排除することさえも可能にする。
【００３８】
成形は、好ましくはバインダを形成する第３のポリマーの融点よりも低い成形温度、好ましくは前記第３のポリマーのガラス転移温度よりも高い成形温度で実施される。成形は加熱によって行われ、初期プリフォームは、プリフォームの成形性を高めるために成形前および／または成形中に成形温度まで加熱される。初期プリフォームは、オーブンまたはトンネルを通過させることによって成形前に予熱されてもよく、および／またはプリフォームは、雄型ツールおよび／または雌型ツールを加熱することによって成形中に加熱されてもよい。好ましくは、プリフォームは、オーブンまたはトンネル内の通過によってのみ予熱され、プレスのツールは加熱されず、したがって、プレスのツールが単純化される。
【００３９】
初期プリフォームは、ツールの平面上に重ねることによって得られる二次元であってもよい。また、初期プリフォームは、三次元であってもよく、成形はレイアップによって得られることができない、特に繊維配置によって得ることができない三次元の複合部品を得るように行ってもよい。
【００４０】
本発明はよりよく理解され、他の目的、詳細、特徴、および利点は添付の概略図を参照して、本発明の現在好ましい実施形態の以下の詳細な説明において、より明確に明らかになるのであろう。
【００４１】
図１は、本発明の方法によって作製された、三次元の複合材料部品の一実施例の概略断面図である。
【００４２】
図２は、初期乾燥プリフォームのレイアップ操作を示す概略側面図である。
【００４３】
図３は、プリフォームに適用された不織繊維フェルトのニードリング操作を示す概略側面図である。
【００４４】
図４は、ニードリング装置において使用され得る髭針の概略図である。
【００４５】
図５は、図４の部分拡大図である。
【００４６】
図６は、図５と同様の図であり、ニードリング装置において使用され得る分岐ニードルを示す。
【００４７】
図７は、ニードリング後のプリフォームの概略部分断面図である。
【００４８】
図８および９は、ニードリング後に得られるプリフォームの成形作業を示すプレスの断面図である。
【００４９】
図１０は、熱成形後に得られるプリフォームの射出操作を示す、射出成形型の概略断面図である。
【００５０】
図１１は、第１の実施形態である、レイアップおよびニードリングのシステムの概略側面図である。
【００５１】
図１２は、第２の実施形態である、レイアップおよびニードリングのシステムの概略側面図である。図１３は、図１２の部分拡大図である。
【００５２】
図１４は、第３の実施形態である、レイアップおよびニードリングのシステムの概略側面図である。
【００５３】
図１５および１６それぞれは、代替実施形態である、ニードリング装置の上面図および側面図である。
【００５４】
図１は、本発明の方法によって製造され得る、三次元のプラスチック材料部品１の一例を示す。当該方法は、連続繊維を積層して平らな乾燥プリフォームの形成、プリフォームへの不織繊維のフェルトの適用、前記フェルトのニードリング、プリフォームの形成、次いでその含浸を含む。図１に示される部品は、環状リム１２を有する球形キャップ１１の形状を有する。
【００５５】
第１の工程において、図２に示すように、異なる方向に一方向の連続繊維層をレイアップツール２上に平らに積層して、２つの対抗する主面１１１、１１２を有する、二次元初期乾燥パネルまたはプリフォーム１０１を形成する。
【００５６】
積層は、それ自体公知の繊維配置ヘッド３０を備えるレイアップ装置３の手段によって行われ、１本以上の繊維で形成されたバンドとの自動接触積層を可能にする。繊維Ｆは、２層の繊維の形態でヘッド３に入り、ヘッドは、繊維を繊維の帯の形態で圧縮ローラ３２にガイドするガイド装置３１を備え、例えば繊維は実質的に縁部同士で並んで配置される。ヘッドは、ガイドシステムの両側に、ガイドシステムを通過する各繊維を個々に切断するための切断手段３３と、切断されたばかりの各繊維をブロックするためのブロック手段３４と、各繊維を個々に供給するための供給手段３５とを備え、それにより、いつでも繊維の適用を止めて再開することができると共に、帯の幅を選択することができる。バンドの積み重ねは、ドレーピングツールの実質的に平坦な積み重ね面に対するヘッドの相対運動によって達成される。例えば、ヘッドは、ガイドシステムが取り付けられ、ヘッドを互いに垂直な少なくとも２つの方向に移動させるように適合された移動システムにヘッドを組み立てることができる支持構造（図示せず）を含む。例えば、ヘッドは、８本の繊維を受け入れるように設計され、６．３５ｍｍ（１／４インチ）幅の１〜８本の繊維のバンドの適用を可能にする。
【００５７】
ヘッドは、バインダを備えた乾燥繊維から乾燥プリフォームを製造するために使用され、積層中に繊維に粘着性を与え、プリフォームの粘着性を確実にする。ポリマーからなるバインダは、積層の前に、例えば、ベールおよび／または粉末の形態で、線維に適用することができる。バインダを予め備えた繊維のボビンを、繊維配置機に装填する。２０１６年３月７日に出願され、「乾燥繊維上にバインダを塗布したプリフォームの製造方法および対応する装置」と題するフランス特許出願第１６７００８８号に記載されているように、バインダは、作業中、繊維の積層中に、例えば積層される繊維に直接、例えばフィラメントの形態で適用してもよい。
【００５８】
バインダを予め備えた繊維の特定のケースでは、ヘッド３は、好ましくは繊維の適用中にバインダを加熱し、したがって異なった層の繊維の少なくとも接着を可能にするために、例えば、赤外線光またはレーザー種類の加熱装置（図示せず）を備えている。加熱システムは、ヘッドの前進方向に対してローラの上流で、適用表面、ならびに適用表面または前に置かれた繊維に適用される前に繊維を加熱する。
【００５９】
例えば、繊維は、多数の糸または炭素フィラメントを含み、熱可塑性バインダが約２重量％の量で存在するトウタイプの連続偏平炭素繊維である。
【００６０】
乾燥プリフォーム１０１を製造後、不織フィラメントまたは繊維４０のフェルト４を乾燥プリフォームの第１の主面１１１に適用し、フェルトを備えたプリフォームを、ニードリング装置またはニードラー５を通過させることによって、図３に示すようなニードリング操作に供される。
【００６１】
繊維のマットを固める、それ自体公知であるニードリング装置５は、支持体５２またはニードルボード上に取り付けられた複数のニードル５１を備え、ニードル５１は、適切な手段５３によって、ニードルと並行な方向に前後に動くことができる。ニードリング装置は、ニードルに面して配置され、プリフォームを支持するように意図された、穴を有する支持テーブル５４と、支持テーブルとニードルとの間に配置され、ニードルが通過する貫通穴を備えた剥離プレートまたは剥離装置５５とを含む。支持テーブルはまた、ニードルがプリフォームを通過後にニードルの通過を可能にする１組の穴を含む。例えば、ニードリング装置は、例えば図４および図５に示すいわゆる髭針５１を備える。髭針はその遠位部分または作用部分５１ａに沿って、ニードルの端部に向かって配向された１つ以上のノッチ５１ｂを備え、その結果、ニードル装置は、図３の上から下への貫通段階の間だけフィラメントを駆動する。あるいは、ニードリング装置は、図６に示すようないわゆる分岐ニードル１５１を備える。分岐ニードルは、その作用部分１５１ａの端部に１つ以上のノッチ１５１ｂを備える。
【００６２】
ニードリング中、プリフォームは矢印Ｆ１の方向に積極的に駆動され、ニードルは前後に駆動される。ニードルを下方に移動させる場合、フェルトの繊維はニードルのノッチ５１ｂに位置し、プリフォームの全厚さを通して駆動する。図７に概略的に示されるように、第２の主面１１２上にフィラメントは出現する。ニードルの密度は、ニードルの前後移動回数、ニードルの数、およびニードリング装置におけるプリフォームの進行速度に応じて定義される。
【００６３】
ニードリング後、ニードリングされていない第１の面上のフィラメントによって形成されたフェルトの残りは、プリフォーム上に保持されるか、または除去され得る。一実施形態によれば、ニードルの端部とプリフォームの第２の主面との間の距離に等しいニードルのニードリング密度およびニードルが貫通する深さは、プリフォームがその各面上にある量の、好ましくは類似の、フィラメントを提示するように定められ、これらのフィラメントは表面上でプリフォームの浸透性を増加させ、また成形作業を容易にする。
【００６４】
代替の実施形態によれば、フィラメントは、フェルトの形態で適用されず、プリフォームの第１の面上にランダムに投影される。
【００６５】
次いで、強化プリフォーム２０１と呼ばれる、ニードリングされたフィラメントを備えたプリフォームは、スタンピング操作とも呼ばれる成形操作のためにプレスに移される。図８に示すように、プレス６は、製造されるプリフォームの球形キャップ１２の形状に対応する形状の凹部を有する雌型ツール６１またはマトリックスと、相補的な形状のボスを備える雄型ツール６２またはパンチとを備える。成形は、図４に示すプレスの開位置から図５に示すプレスの閉位置に向かって、雄型ツールと雌型ツールとを互いに近づけることによって行われる。
【００６６】
成形は加熱によって行われ、プリフォームは、バインダを構成するポリマーのガラス転移温度と溶融温度との間、およびフェルトのフィラメントを形成するポリマーのガラス転移温度と溶融温度との間の成形温度である。このプリフォームの成形温度は、プレス内に配置する前にプリフォームを予熱すること、および／または２つのツール６１、６２を加熱することによって得られる。この予熱は、例えば、オーブンまたは予熱トンネルの赤外ランプの上側ランプと下側ランプとの間に初期プリフォームを通すことによって行われる。好ましくは、成形中、プリフォームは、例えば、符号６３の下に概略的に示すような素材ホルダ型の張力装置によって張力下に保たれる。次いで、ツール６１、６２を開位置で互いに離間させて、三次元強化プリフォーム３０１をプレスから離型する。
【００６７】
次いで、得られた三次元強化プリフォーム３０１に、射出および／または注入プロセスによって、熱硬化性または熱可塑性含浸ポリマーを添加または含浸する操作を施す。図１０を参照すると、例えば、三次元強化プリフォームは、射出成形金型７内で、前記金型の雄部分と雌部分との間に配置され、含浸ポリマーが、Ｆ２で示される矢印によって概略的に示されるような、ＲＴＭ（レジントランスファ成形）またはＧａｐ−ＲＴＭ方法によって、プリフォーム内に加圧下で射出される。この含浸工程の終了時に得られる複合部品１に、トリミング操作を施してもよい。
【００６８】
例えば、以下の部品を作製した。
【００６９】
［実施例１］
（積層）
約１３０℃の融点および約１５℃のガラス転移温度を有する熱可塑性コポリエステルから形成された、作業中に塗布したバインダを備えた炭素繊維の配置による、プリフォームの積層である。プリフォームは、以下の積層順序に従って、異なる向きで繊維の８つの層を積層することによって作製される：＋４５°／−４５°／０°／９０°／９０°／０°／−４５°／＋４５。
【００７０】
（適用）
直径１４μｍ、長さ４０〜６０ｍｍ、融点約２００℃のフィラメントまたはポリエステル繊維からなる不織布フェルトを適用した。前記フェルトは、等方性配向を有し、表面質量５０ｇ／ｍ２を有する。
【００７１】
三角形断面の作業部分を有する、ゲージ４０（０．４５ｍｍ）の髭針によるニードリングを行った。ニードルには、１辺に２つのノッチまたは髭があり、ニードリング密度は５０ストローク／ｃｍ２であった。残りのフェルトはプリフォーム上に保持される。
【００７２】
（成形）
成形温度１２０℃で成形を行った。
【００７３】
（射出）
熱硬化性エポキシポリマーのｇａｐ−ＲＴＭタイプ射出を、１２０℃での約２分間の第１の圧縮段階および加熱と、５０ｂａｒでの真空下における約１分間の第２の射出および重合段階による、３分間のサイクルで行った。
【００７４】
［実施例２］
積層、成形および射出の工程は、実施例１の工程と同一である。
【００７５】
（適用）
直径３０μｍ、長さ４０〜６０ｍｍ、融点２００℃超、表面質量６０ｇ／ｍ２である、予め酸化されたポリアクリロニトリル繊維の不織フェルトの適用。繊維は実質、等方性配向であった。
【００７６】
ゲージ４２（０．４０ｍｍ）の作業部分を有し、端部に深さ０．０５ｍｍ、幅０．０５ｍｍのノッチまたはフォークを有し、ニードリング密度２００パンチ／ｃｍ２、貫通深さ５ｍｍの分岐ニードルを用いたニードリング。残りのフェルトはプリフォーム上に保持される。
【００７７】
得られた２つの断片は繊維の変形および乾燥領域がなく、均一に射出された。
【００７８】
図１１は、積層装置３からニードリング装置５へのプリフォームの移動、およびニードリング中のプリフォームの前進が支持フィルム８０によって行われる、レイアップおよびニードリングのシステム１０８を示す。支持フィルムは、レイアッププレート２上、支持テーブルとニードリング装置の剥離プレートとの間を通過する上流ローラ８１から、切断プレート８３上に巻き戻され、下流ローラ８２上に再び巻き取られる。プリフォームは、最初に支持フィルム上に置かれ、次いで、下流ローラ上にフィルムを巻き付けることによってニードリング装置に移される。この移動中、フェルト４は、ボビン４０から自動的に巻き戻され、プリフォームの上面に適用される。次いで、フェルトをニードリングし、フィルムを下流ローラに巻き付けて、ニードリング装置内でプリフォームを漸進的に前進させる。次いで、強化プリフォームが切断プレート８３に供給され、例えば超音波切断システム８４によって、プリフォームの周囲のフィルムが切断される。次いで、支持フィルムをプリフォームから取り外すか、または後続の含浸段階のためにその上に保持し、可能な中間体形成ステップを行うことができる。積層は、好ましくは支持フィルムが静止した状態で行われる。例えば、プリフォームのフィルムの切断は、新しいプリフォームの積層と同時に行うことができる。
【００７９】
図１２および図１３は、レイアップおよびニードリングのシステム２０８の代替実施形態を示す。プリフォームは、第１のベルトコンベヤ２８０の上側ストランド上に置かれ、フェルトに適用するために、第２のベルトコンベヤ２８４に移される。次いで、ここでは第３のベルトコンベヤ２５０の上側ストランドによって形成されるニードリング装置２０５の支持テーブルに移され、ニードリング中のプリフォームの進行を確実にする。第１のコンベヤ２８０は、上流ローラと下流ローラとの間に取り付けられたエンドレスバンド２８１を備え、ローラの少なくとも１つは電動式である。上側ストランド２８１ａのバンドは、レイアッププレート２上に載置され、プリフォームは、好ましくはバンドが停止されるときに、前記上側ストランド上に積層される。プリフォームの積層後、コンベヤを作動させて、第２のコンベヤ２８４のバンド２８５の上側ストランド２８５ａにプリフォームを移動させ、バンドを上流ローラと下流ローラとの間に取り付ける。第２のコンベヤ上をプリフォームが前進することに応じて、不織フィラメントのフェルトをプリフォームの上面に適用し、フェルトを備えたプリフォームをニードリング操作のために第３のコンベヤの上側ストランドに移動させる。この第３のコンベヤのバンド２５１は、上流ローラ２５２と下流ローラ２５３との間にも取り付けられている。第３のコンベヤは、ブラシコンベヤであり、帯は複数の剛毛を有し、その上にプリフォームが載置され、ニードリング中にニードルが、例えば、２〜１０ｍｍで規定される貫通深さにわたって貫通する。
【００８０】
図１４は、プリフォームが不織フェルトフィラメント上に積層される本発明による別のシステム３０８を示す。前記フェルトは、プリフォームをレイアップ装置３からニードリング装置５に移動させるため、および、ニードリング中のプリフォームの進行のために使用される。ボビン４０から巻き戻されたフェルトは、ニードリング装置の支持テーブルと剥離プレートとの間のレイアッププレート２の上を通過し、次いで切断プレート８３上を通過し、下流ローラ３８２上で再び巻き取られる。先の実施形態に関して、ニードリング装置は反転位置にあり、ニードルボードがフェルトを備えたプリフォームの側面に配置される。フェルトは、有利には延伸フェルトである。前記フェルトは、プリフォームの支持および１つのステーションから別のステーションへのプリフォームの移動を確実にする良好な機械的強度を有するように、主要な延伸フィラメントがフェルトの進行方向に配置されるように配置される。
【００８１】
図１５および図１６は、フェルトを備えたプリフォームがクランプによってフレーム３０５上に取り付けられ、ニードリング作業がニードリング装置５に対するフレームの並進運動によって適切な手段で実行される、実施形態の変形例を示している。ニードリング中、例えば、プリフォームは、上流クランプ３５１と下流クランプ３５２との間に保持され、ニードリング装置の剥離プレートと支持テーブルとの間に配置される。
【００８２】
本発明は様々な特定の実施形態に関連して説明されたが、それらに限定されず、それらが本発明の範囲内にあるならば、説明された手段の全ての技術的等価物ならびにそれらの併用を含むことは明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００８３】
【図１】図１は、本発明の方法によって作製された、三次元の複合材料部品の一実施例の概略断面図である。
【図２】図２は、初期乾燥プリフォームのレイアップ操作を示す概略側面図である。
【図３】図３は、プリフォームに適用された不織繊維フェルトのニードリング操作を示す概略側面図である。
【図４】図４は、ニードリング装置において使用され得る髭針の概略図である。
【図５】図５は、図４の部分拡大図である。
【図６】図６は、図５と同様の図であり、ニードリング装置において使用され得る分岐ニードルを示す。
【図７】図７は、ニードリング後のプリフォームの概略部分断面図である。
【図８】図８は、ニードリング後に得られるプリフォームの成形作業を示すプレスの断面図である。
【図９】図９は、ニードリング後に得られるプリフォームの成形作業を示すプレスの断面図である。
【図１０】図１０は、熱成形後に得られるプリフォームの射出操作を示す、射出成形型の概略断面図である。
【図１１】図１１は、第１の実施形態である、レイアップおよびニードリングのシステムの概略側面図である。
【図１２】図１２は、第２の実施形態である、レイアップおよびニードリングのシステムの概略側面図である。
【図１３】図１３は、図１２の部分拡大図である。
【図１４】図１４は、第３の実施形態である、レイアップおよびニードリングのシステムの概略側面図である。
【図１５】図１５は、代替実施形態である、ニードリング装置の上面図である。
【図１６】図１６は、代替実施形態である、ニードリング装置の側面図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【国際調査報告】
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